ЧТО ТАКОЕ МАЛАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА,Ветровые установки в ветроэнергетической системе?
Слово «малая» в этом случае означает ветровую установку мощностью от 40 Вт до 10 кВт. Предназначены они для различных нужд от простой зарядки автомобильного аккумулятора до обеспечения энергией фермерского хозяйства или электрическим освещением нескольких домов. А слово «система» употребляется потому, что к ветровой установке обычно придается еще аккумулятор и устройство защиты и управления заряд-разрядом аккумулятора. Такие системы обычно выполняются на напряжение 12 В постоянного тока.
При этом возникает необходимость приобретать бытовую аппаратуру (светильник, приемник, телевизор) тоже на 12 В постоянного тока. В такой комплектации система может использоваться, как правило, для временного или кочевого образа жизни. Для стационарного жилья и производственных нужд фермерского хозяйства нужна электрическая энергия на напряжение 380 В переменного тока.
В этом случае к системе на постоянном токе добавляется устройство, называемое инвертором, который преобразует постоянный ток в переменный.Если же от ветровой установки получают переменный ток 380 В, то такая система снабжается выпрямителем для зарядки аккумулятора и инвертором для электроснабжения потребителей от аккумулятора, когда нет ветра, а также для питания электроприборов, требующих повышенного качества электроэнергии.
На рис. 9 показана конфигурация системы, в которой не ответственные потребители питаются непосредственно от ветровой установки, а ответственные через инвертор, который обеспечивает поддержание частоты и напряжения в соответствии с требованиями ГОСТ.
Рис. 9. Схема малой ветроэнергетической системы с потребителями:
[adsense_id=»1″]
2+5 — потребители, допускающие широкие пределы изменения напряжения
(±20 %) и частоты (± 10 %). работа которых может быть приурочена к наличию ветра, могут подключаться непосредственно к ветровой установке на напряжение 380 В переменного тока (трехфазного или однофазного);9*13 — потребители, допускающие узкие пределы изменения напряжения (±5 %) и частоты (± 2 %). работа которых приурочена к потребностям человека, могут подключаться к аккумуляторной батарее через инвертор.Условные обозначения: I — ветровая установка, обеспечивающая поддержание напряжения в пределах ±10 % от номинального 380 В, и частоты ±10 % от номинального 50 Гц; 2 — соломорезка (измельчитель): 3 — компрессор:4 — нагреватель воздуха или воды: 5 — насос; 6 — выпрямительно зарядное устройство; 7 — аккумуляторная батарея, в — инвертор; 9 — электролампа: 10 — аэрокондиционер: II — телевизор: 12 — приемник: 13 — персональный компьютер.
СКОЛЬКО ЗЕМЛИ НУЖНО ПОД МАЛЫЕ ВЕТРОВЫЕ УСТАНОВКИ?
Для ветровой установки мощностью до 0,5 кВт площадь, требуемая для установки башни очень мала. Это может быть
всего 1 кв. м. Для ветровой установки мощностью 5-10 кВт нужна площадка 20×20 м, если башня крепится на растяжках.
КАКИХ РАЗМЕРОВ БАШНЮ ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ МАЛЫХ ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК?
Обычная высота башни, которая поставляется вместе с ветровой установкой — между 16 и 24 метрами. Башни такой высоты позволяют преодолеть турбулентность, вызванную препятствиями (здания, деревья). Одновременно при увеличении высоты увеличивается скорость ветра, что, как сказано выше, существенно увеличивает выработку электроэнергии.
КАКОВА СТОИМОСТЬ МАЛЫХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И КТО ИХ ПРОИЗВОДИТ?
Пожалуй, это единственный раздел, где мы можем дать сравнение зарубежной и отечественной техники, не уступающей зарубежным образцам.
Сначала о данных но зарубежным системам.
Сразу надо сказать, что удельная стоимость малых систем гораздо выше,чем системных ветроустановок. Как было сказано ранее, удельная стоимость системных ветровых установок составляет 1000 долл. США за 1 кВт и менее, аналогичные данные для малых ветроустановок 2000 долл. США за 1 кВт и выше. Это закон техники. Чем больше единичная мощность, тем меньше удельная стоимость. Контрольные цифры названы выше.
Необходимую ориентировку в ценах зарубежных малых ветровых установок дает рис. 10, где показано как уменьшается удельная стоимость малых ветровых установок по мере увеличения диаметра ротора. На рисунке показана удельная стоимость по мощности и ометаемой поверхности. Ометаемая поверхность — это площадь крута, который описывают вращающиеся лопасти.
[adsense_id=»1″]
Еще раз подчеркнем, что приведенная выше кривая дает ориентировку в заводской цене и справедлива была для начала 1990-х годов. Она позволяет оценить добросовестность фирм, предлагающих Вам свой товар. Стоимость системы, как правило, больше на 30 — 80 % в зависимости от комплектации.
Но за рубежом существуют еще и другие оценки выгодности использования малых ветроэнергетических систем для
удаленных от сетей потребителей. А именно, сравнение стоимости электроэнергии, вырабатываемой на базе других возобновляемых и невозобновляемых источников. Зачастую малые ветроэлектрические системы оказываются наиболее
приемлемым вариантом решения проблемы энергоснабжения удаленных сельских потребителей, а также геологов, пастухов, охотников, старателей и людей многих других профессий, живущих в стороне от благ цивилизации (рис. 11).
Основные технические параметры выпускаемых за рубежом ветровых установок приведены в табл. 2.
Малые ветроэнергетические системы (установки) выпускаются и в России. Наибольших успехов, на наш взгляд, добился ЦНИИ «Электроприбор» (Санкт-Петербург). Изготавливаемые им ветровые установки не уступают по качеству зарубежным, выпускаются в необходимой комплектации и существенно дешевле зарубежных. Основные технические данные приведены в табл. 3.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ПОЧЕМУ КОМБИНИРОВАННЫЕ?
За рубежом такие системы называют гибридные. А название их проистекает оттого, что в таких системах используется оборудование, работающее на базе различных возобновляемых и не возобновляемых источников энергии.
Вот некоторые, наиболее распространенные сочетания:
- ветровая установка + фотоэлектрическая батарея + аккумуляторная батарея;
- ветровая установка + микро или малая ГЭС;
- ветроустановка + дизель-генератор + аккумуляторная батарея.
Конечно, комбинированные системы дорогие, но они могут обеспечивать бесперебойное энергоснабжение наиболее
ответственной нагрузки.
КАКОЙ ГЛАВНЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ В РОССИИ,работе ветровой установки с дизель-генератором?
Есть основание предполагать, что наиболее актуальный вопрос — развитие ветродизельных систем. В самом деле,
подавляющее большинство поселков, деревень, районных центров и даже городов, не подключенных к энергосистемам,
получают электрическую энергию от дизельных электростанций. Это характерно для побережья Северного Ледовитою
океана, Чукотки, Магаданской области. Якутии, Дальнего Востока, Сибири. А дизельное топливо все дорожает, его доставка в отдаленные районы стоит столько же, сколько доставляемое топливо, да и на доставку топлива сжигается топливо, иногда в количестве, равным доставляемому топливу.
Так что везде, где есть ветер, а он в названных регионах имеется в избытке, необходимо к существующим дизельным
станциям подключать ветровые установки. В зависимости от среднегодовой скорости ветра и графика нагрузки параллельная работа ветровой установки и дизель-генераторов может сэкономить от 15 до 40 % годового потребления топлива.
Для таких систем нужны ветровые установки 10-20-30-50 —100-150 — 200 — 250 — 300 — 400 — 500 и 600 кВт. Этот ряд ветровых установок охватывает все возможные варианты электроснабжения — от умирающей деревни (два-три дома) до энергоузла, содержащего промышленные предприятия с нагрузкой в несколько десятков МВт.
ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О ВЕТРОДИЗЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ?
Прежде всего, надо знать, что ветроустановка одна, без дизель-генератора работать не может. У нее нет надежных способов поддерживать частоту тока на уровне требований стандарта, да и напряжение она тоже поддерживать не может, поскольку, как правило, снабжается асинхронным генератором. Более того, при совместной (точнее сказать параллельной) работе ветровой установки с дизель-генератором должно соблюдаться правило, что мощность дизеля должна быть, по крайней мере, в два раза выше мощности ветроустановки в
Рис. 12. Обобщенная схема ветродизельной станции.
Ветроэлектростанция (ВЭС) содержит «п» ВЭУ, оснащенных асинхронными генераторами с напряжением 0.4 кВ, системой управления (СУ), коммутационной аппаратурой (КА).Дизельная станция (ДЭС) содержит «nl» дюель (Д). оснащешшй синхронным генератором с напряжением 0.4 кВ. МН и УН — местная и удаленная нагрузка. СУВДС — система управления ветродизельной станции, обеспечивающая поддержание частоты и напряжения, а также включение и отключение любого оборудования, сигнализацию неисправностей и измерения.
Устройства, обеспечивающие параллельную работу ВЭС и ДЭС:
а) синхронный компенсатор (СК), состоящий из синхронного генератора (СП н разгонного двигателя (М); б) ведомый сетью инвертор-выпрямитель(ИВ) с аккумуляторной батареей: в) компенсатор статический (КС), содержащий емкость (Е) и индуктивную катушку (И): г) балластное сопротивление (БН). содержащее резисторы |Р| и тиристорный ключ управления.
Примечания к рис. 12: 1.
Здесь показаны все возможные устройства,обеспечивающие параллельную работу. В конкретном случае бывает достаточно использовать один или два из них. 2. Схема изображена для случая,когда напряжения генераторов дизельной станции принято 0.4 кВ. Для крупных ДЭС используются дизель-генераторы на напряжение б или 10 кВ.Тогда трансформатор TPI от ветростанции подключается непосредственно на шины дизельной толщин, а укачанная нагрузка питается через трансформатор б( 10|/35 кВ)
каждый данный момент. Поэтому выбор мощности ветровой установки, подключаемой к существующей дизельной станции, — вопрос не простой и должен осуществляться специалистами.Если указанное выше соотношение мощностей не может быть осуществлено прямым подбором мощности ветровой установки, то применяют другие способы осуществления параллельной работы. Наиболее простой — это подключение дополнительной «балластной» нагрузки, в зарубежных источниках она называется «необязательной».
Эта нагрузка подключается через специальное устройство к шинам ветродизельной станции и ее величина меняется автоматически так,чтобы обеспечить поддержание стандартной частоты. Если же в качестве «балластной» нагрузки использовать электрокотел, то можно превратить «балластную», т.е. ненужную нагрузку в полезную — получение горячей воды {рис. 12).Существуют и другие способы обеспечения параллельной работы ветровых и дизельных генераторов на общую нагрузку, выбор которых зависит от возможностей заказчика и многих местных условий. Выбор способа — за специалистами. Полная схема такой установки показана на рис. 12
ИНФОРМАЦИЯ ПО ВЕТРОЭНЕРГЕТИКЕ. С ЧЕГО НАЧИНАТЬ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЕТРОВОЙ УСТАНОВКИ?
Если Вы решили построить любую ветровую установку, а особенно средней и большой мощности, нужны надежные данные о ветре. Не просто данные, а его энергетические характеристики: среднегодовая скорость ветра, годовой ход ветра,т.е. средняя скорость ветра по месяцам года, распределение скорости ветра по направлениям и по градациям скорости,т.е. вероятность того, что средняя скорость ветра будет находиться в определенных диапазонах и еще многое другое.
Обычно, эти данные берутся от ближайшей метеостанции. И если между ней и будущей площадкой ВЭС расстояние невелико (10 — 20 км) и нет препятствий (холмы, здания, лес), то на эти данные можно смело положиться и решать вопрос о строительстве ВЭС. А если ближайшая метеостанция далеко (30 км и более) или между ней и площадкой существуют естественные и искусственные препятствия, то необходимо обеспечить измерения ветроэнергетических характеристик непосредственно на площадке, т.е. поставить мачту высотой не менее 10 м и смонтировать систему измерения ветра.
Для того чтобы дать заключение об экономической целесообразности строительства ветровой установки. Нужды данные измерений скорости ветра, но крайней мере, в течение года. Зная эти данные можно с использованием существующих методов и компьютерных программ рассчитать ожидаемые средне многолетние значения скорости ветра и другие характеристики ветра с достаточно высокой вероятностью. Ждать целый год, когда появятся надежные данные о ветре, не очень то хочется, если ветра такие, что «шапку срывает с головы».
В этом случае можно и сократить время предварительных измерений до полугода, но при этом возникает риск существенно ошибиться в экономических оценках. Будущий проектировщик обязан рассчитать Вам минимально и максимально возможную выработку электроэнергии и таким образом определить степень риска.
КАК НЕ ОШИБИТЬСЯ В ГЛАВНОМ,РАСЧЕТ ВЫРАБОТКИ ВЕТРОВОЙ УСТАНОВКИ?
Расчет возможной выработки электроэнергии, а это будущий товар и оправдание затрат, не очень сложен, но и не
прост. Мы даем заказчику простейший способ в течение 5 —10 минут определить достоверность предлагаемых расчетов,
ориентируясь на опыт эксплуатации существующих ВЭС. А он говорит о том. что среднегодовая удельная выработка электроэнергии (в кВт-ч) на 1 м2 ометаемой поверхности ветровой установки мощностью 100 кВт и выше
от Америки до Европы находится в пределах:
- США……………………. 720 — 800
- Германия ……………. 750 — 800
- Дания……… 780-850
На лучших датских установках достигнута удельная среднегодовая выработка 1250- 1500 кВт ч/м2.
Как только Вам назвали предполагаемую годовую выработку электроэнергии от ВЭУ, определите ометаемую поверхность по формуле: А = 0,785 D . где D — диаметр ротора ветроустановки, разделите годовую расчетную выработку
на ометаемую поверхность и сравните с приведенными выше цифрами.
ЧЕМУ НЕ СТОИТ УДИВЛЯТЬСЯ, ВЕТЕР ДУЕТ А ВЕТРОВАЯ УСТАНОВКА НЕ ВРАЩАЕТСЯ?
Ветер дует, а ВЭУ не вращается. В чем дело? Если отбросить случаи остановок из-за неисправности, то дело может
быть только в самом ветре. Стартовая скорость большинства современных ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК находится в пределах 4—5 м/с. Но нужно, чтобы скорость ветра продержалась на этом уровне не менее 10 мин, только тогда автоматика даст разрешение на пуск ветровой установки. Поэтому кратковременные порывы ветра в счет не идут, если длятся менее 10 мин.
Рис. 13. Два типа зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра:
/ — ВЭУ фирмы «Wind World» мощностью 250 кВт. Мощность регулируется путем изменения профиля лопасти по мине так. что при скорости ветра существенно превышающей расчетную, на некоторых участках возникает срыв потока (зарубежное название «стол регулейтид»);
2 — ветровая установка фирмы MS-3 мощностью ЭОО кВт. Мощность регулируется изменением угла поворота лопасти по отношению к направлению ветра — «угла атаки» (зарубежное название — «пич регулейтнд»). и ~ скорость ветра, при которой начинается вращение ротора (стартовая скорость); vp, и — расчетная скорость ветра, при которой
ветровая установка развивают номинальную мощность; и v — скорость отключения, при превышении которой ВЭУ отключается от сети и останавливается. В данном случае они равныНо когда скорость ветра достигает наибольшей рабочей скорости, а это обычно 22-25 м/с, ветровая установка также обязана остановиться. Вот и получается, что в местах, где часто дуют ураганные ветра и средняя скорость велика, годовая выработка электроэнергии может быть меньше, чем при такой же средней скорости, но без ураганных ветров. На рис. 13 показаны два типа зависимосги мощностей ВЭУ от скорости ветра и даны соответствующие разъяснения.
К ЧЕМУ НУЖНО БЫТЬ ГОТОВЫМ ЗАКАЗЧИКУ,ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК?
Нужно готовить ответы, по крайней мере, на 30 — 35 вопросов по исходным данным, касающимся:характеристик площадки ветровой установки, дорог, способов доставки ВЭУ на монтажную площадку, собственности на землю, возможности выполнения погрузочно-разгрузочных работ:
- характеристик электрической сети в точке подключения,возможных способов подключения и стоимости электрических аппаратов и оборудования;
- наличия телефонной связи и возможности подключения к ней;
- требований к строительным работам и возможности их выполнения силами местных организаций;
- возможности обслуживания и эксплуатации;
- источников финансирования строительства;
- ветроэнергетических характеристик на месте установки ВЭУ;
- стоимости топлива и энергии в данном регионе.
НА ЧЬЮ ПОМОЩЬ МОЖНО РАССЧИТЫВАТЬ,ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК?
Консультации по организационным и техническим вопросам:
Управление научно-технического прогресса Министерства
топлива и энергетики Российской Федерации,
тел. 220-50-82, 220-67-80, 925-77-73, г. Москва.
Консультации по всем вопросам, включая коммерческие: АО «Возобновляемые источники энергии» (АО ВИЭН),
тел. 174-81-13, г. Москва;
Федеральный центр малой и нетрадиционной энергетики,
тел. 220-52-34, г. Москва;
Центр солнечной энергии — «Интерсоларцентр».
тел. 171-96-70, г. Москва;
Кафедра «Нетрадиционные возобновляемые источники
энергии» Московского энергетического института Технический университет),
тел. 362-72-51, т/ф. 362-75-74, г. Москва;
Кафедра «Возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики» Санкт-Петербургского технического университета.
тел. 552-77-71, г. Санкт-Петербург.[adsense_id=»1″]
Реальная годовая выработка квадратного метра ометаемой поверхности в России ,Центральной Европе ,и Центральной Германии в среднем 360 кВт*ч .
В Европе наиболее часто стоят китайские ветряки , чешские «aircraft» и украинские «flamingo-aero» . Питерских что-то не встретил.
http://www.youtube.com/watch?v=2fOnCKLQhfs